斜拉橋大體積混凝土承臺溫控措施研究

薛新峰 周 莉

(1.天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津 300010;2.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051)

1 概述

橋梁承臺、墩柱等大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于水泥水化熱導(dǎo)致混凝土因變形過大出現(xiàn)溫度裂縫。國內(nèi)外大量的理論研究和工程實踐都表明，澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生溫度裂縫，在施工過程中應(yīng)加強溫度監(jiān)測，并將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。該斜拉橋為獨塔斜拉橋，主墩布置在河中心。主橋采用兩跨方式跨越河道，跨徑布置為2×118 m，主跨全長236 m。橋梁主墩和承臺均位于薊運河河道中，為減小施工開挖難度，承臺底位于現(xiàn)狀河床底。主墩基礎(chǔ)采用大型群樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用直徑為1.5 m的鉆孔灌注樁，54根。在考慮水流、受力、施工等因素后，承臺中線與橋梁中線相垂直，并設(shè)置圓形抹角以適應(yīng)水流流向，減小阻水。相應(yīng)的承臺體積也較大。主墩承臺采用順?biāo)鞣较驗榛⌒纬信_，尺寸為21.25 m ×36.25 m，弧形半徑為 16.927 m，承臺厚4 m，見圖1。由于橋塔預(yù)埋鋼絞線在承臺混凝土中通過，故承臺混凝土強度等級考慮為C40。混凝土標(biāo)號越高，水化熱越大，收縮變形也大，易開裂。本文結(jié)合該工程所采用的大體積承臺混凝土基礎(chǔ)，探討大體積混凝土的裂縫成因及其相應(yīng)的溫控措施。

圖1 基礎(chǔ)布置圖

2 溫度裂縫產(chǎn)生基本機理

2.1 水化熱影響因素

水泥水化熱Q(t)是齡期t的函數(shù)。通常用指數(shù)式計算:

其中，Q(t)為在齡期t時的累積水化熱，kJ/kg;Q0為t→∞時的最終水化熱;t為齡期，d;m為常數(shù)，主要根據(jù)水泥型號、混凝土塊體表面狀況及澆筑溫度取值。

2.2 影響原因分析

根據(jù)文獻(xiàn)［1］的研究，在采取冷卻管進(jìn)行冷卻施工時，冷卻管的間距影響最大，其次是冷卻水的溫度，管徑的大小影響最小。因此在布置冷卻管時，應(yīng)匹配好管徑與管距的關(guān)系。

3 溫控措施

3.1 選料與配合比

混凝土成分和優(yōu)化配合比是大體積混凝土溫控的有效方法。應(yīng)選擇水化熱低、泵送性能好、坍落度低、穩(wěn)定性好、抗裂性能好的混凝土成分材料。混凝土配料時，粗骨料應(yīng)選用連續(xù)級配，細(xì)骨料宜采用中砂。外加劑宜采用緩凝劑、減水劑，摻合料宜用粉煤灰、礦渣粉等。

3.2 降低澆筑溫度

控制混凝土的入倉溫度是溫控措施的重要手段。降低澆筑溫度的措施包括:1)選擇合理的澆筑時間;2)堆高骨料，地籠廊道取料，在骨料堆上搭設(shè)涼棚等;3)加冰攪拌混凝土，但要注意使所有的冰都融化;4)在模板和混凝土外表面遮陰，避免陽光直射，用水養(yǎng)護(hù)。

3.3 埋設(shè)冷卻管

埋設(shè)冷卻管是最直接的減小大體積混凝土塊體溫度應(yīng)力的措施。冷卻管應(yīng)合理匹配管徑和管距的關(guān)系。水管系統(tǒng)的設(shè)計要避免在模板安裝與拆除過程中影響水管的冷卻活動。安裝后必須保證管道暢通、接頭可靠不漏水。并通過管道試水檢驗，防止混凝土澆筑過程中出現(xiàn)管道漏水現(xiàn)象(見圖2，圖3)。

圖2 冷卻管立面布置圖

圖3 冷卻管平面布置圖

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)包括保溫養(yǎng)護(hù)和保濕養(yǎng)護(hù)兩個方面。當(dāng)混凝土澆筑完成，初凝后立即覆蓋塑料薄膜土工布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并灑水保持表面濕潤，以降低混凝土內(nèi)部溫度與表層混凝土溫度的溫差。水化熱釋放溫度升高時，應(yīng)加強散熱措施。當(dāng)混凝土處于降溫階段時，則要保溫覆蓋以減少內(nèi)表溫差。在達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，可繼續(xù)保留保濕養(yǎng)護(hù)覆蓋物數(shù)天，讓混凝土表面緩慢干燥，有利于減少混凝土表面開裂。

4 施工方案

4.1 施工流程

結(jié)合本工程具體情況，主墩承臺根據(jù)圍囹布置采用兩次澆筑方案，第一次澆筑2.05 m高度，第二次澆筑剩余1.95 m高度。在兩層承臺的施工之間在第一次澆筑的承臺頂部進(jìn)行圍堰四周頂撐，卸除最下層圍囹并進(jìn)行拆除，施工流程:測量放樣→封底找平→再測量放樣→鋼筋勁性骨架安裝→鋼絞線勁性骨架安裝→第一層承臺鋼筋綁扎及鋼絞線安裝→第一層承臺模板支立→第一層混凝土澆筑→第一層承臺頂支撐圍堰→拆除最下層圍囹→第二層承臺鋼筋綁扎→第二層承臺模板支立→第二層混凝土澆筑。

4.2 降溫措施

采用埋置冷卻管通循環(huán)水冷卻技術(shù)，以降低承臺新澆混凝土的內(nèi)部溫升。混凝土外表面采取保溫措施，擬模板側(cè)面采用彩條布保溫，頂面采用一層塑料薄膜+土工布+彩條布保溫。

冷卻管采用φ48×3鋼管，熱傳導(dǎo)快，降溫效果好。冷卻管平面布置間距為1 m，每層承臺豎向中間布置一層管路擬采用回形方式，水平鋪設(shè)。每層冷卻管均設(shè)置2個進(jìn)水口，2個出水口，且各層冷卻管各自獨立，增強降溫效果的同時便于根據(jù)每層的溫測數(shù)據(jù)，相應(yīng)調(diào)整冷卻管內(nèi)水流循環(huán)的速度，充分利用混凝土的自身溫度中間高四周低的特點，在循環(huán)過程中自動調(diào)節(jié)溫差，產(chǎn)生好的效果。冷卻水管安裝時，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠。

5 溫控監(jiān)測

為檢驗溫控措施的效果，需采取適當(dāng)?shù)臏乜乇O(jiān)測措施，通過溫控監(jiān)測還可以對溫控措施及時改進(jìn)和調(diào)整。監(jiān)測點的布置以真實地反映出混凝土澆筑體內(nèi)最高溫升、最大應(yīng)變、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度為原則，選擇代表性強的部位，即分別在承臺每層按上部、中部、底部留設(shè)測溫孔(見圖4)。本工程共布設(shè)11個觀測點。在每個測溫點沿豎向預(yù)埋φ5 cm薄壁鋼管，施工時注意與冷卻管避開適量距離，并注意將鋼管下部封閉嚴(yán)密，上管口用膠帶紙密封好，高出承臺一定高度，防止混凝土漿灌入，測溫鋼管預(yù)埋時一定要與鋼筋固定牢固，防止振搗混凝土?xí)r移位，每個測溫孔預(yù)埋好以后均應(yīng)進(jìn)行編號，以便準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)。

圖4 測溫孔布置圖

混凝土入模溫度為11℃，混凝土澆筑時大氣溫度為6℃。混凝土采用棉被及帆布覆蓋的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。共記錄了16 d的混凝土溫度變化的檢測數(shù)據(jù)，部分結(jié)果如圖5所示。

圖5 測溫孔溫度測試變化圖

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫度，發(fā)生在澆筑后的最初3 d～5 d。混凝土澆筑前期溫度變化較大，隨著時間的推移，溫度變化差值逐漸縮小，溫度值慢慢趨于平穩(wěn)。通過分析監(jiān)測溫度發(fā)現(xiàn)，承臺內(nèi)布置冷卻水管能夠降低承臺混凝土的最高溫度和內(nèi)外部混凝土的溫差，從而顯著減少承臺表面裂縫數(shù)量和寬度。

6 結(jié)語

本文以薊運河斜拉橋為工程背景，分析了大體積混凝土承臺常見溫度裂縫產(chǎn)生的基本機理及影響因素，并總結(jié)了控制和減小溫度裂縫的施工工藝與溫控措施。

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